Vantaggi della comunicazione digitale Modbus rispetto alla trasmissione del segnale analogico

Sebbene le sonde analogiche e la tecnologia di raccolta dati abbiano molto da offrire, presentano anche diversi rischi. Modbus è un protocollo di comunicazione digitale in grado di superare numerosi di questi problemi. In questo primo post del blog di una serie di tre riguardanti il protocollo Modbus, introduciamo il protocollo fieldbus consolidato, ne discutiamo i vantaggi e analizziamo come è implementato nei dispositivi Vaisala.

Cos'è il protocollo Modbus?
Modbus è stato sviluppato da Modicon nel 1979 ed è uno dei più vecchi protocolli di bus di campo disponibili. L'intenzione iniziale era quella di creare un protocollo aperto; grazie al successo di questa strategia Modbus è ora visto come un protocollo standard del settore e supportato dalla maggior parte dei marchi di controllori a logica programmabile (PLC) in quanto non richiede licenze o hardware proprietario e l'implementazione di un sistema di controllo è gratutita. I prodotti Vaisala utilizzano Modbus RTU, che è basato sul protocollo RS-232 o RS-485 o Modbus TCP/IP, che utilizza una rete Ethernet. Un potenziale svantaggio di Modbus, specialmente nella comunicazione su linea seriale (RS-485), è che se si dispone di una configurazione multi-vendor che utilizza strumenti di produttori diversi nella stessa rete, potrebbero verificarsi problemi di compatibilità tra le diverse marche. 

Il trasmettitore analogico Indigo201 di Vaisala
La piattaforma Indigo di Vaisala è ampiamente utilizzata in una vasta gamma di applicazioni industriali impegnative. Il prodotto è costituito da un trasmettitore di dati analogico collegato a una sonda intelligente e intercambiabile che misura variabili quali umidità relativa e temperatura, temperatura del punto di rugiada, concentrazione di biossido di carbonio o perossido di idrogeno. Tutte le misurazioni e i calcoli vengono eseguiti digitalmente dalla sonda compatibile con Indigo, che è anche in grado di funzionare come unità autonoma senza trasmettitore. La sonda invia i dati al trasmettitore, che poi li inoltra a un PLC in forma analogica.

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Il problema con la trasmissione del segnale analogico
Tipicamente, una sonda di umidità digitale, in questo caso una sonda HMP3 di Vaisala, dispone di due sensori: uno per la misurazione della temperatura, come il sensore PT100, e uno dell'umidità relativa, ad esempio il sensore HUMICAP^® di Vaisala; in realtà, questi sensori misurano rispettivamente le variazioni di resistenza e capacità. La sonda converte i segnali analogici in dati digitali, effettua i calcoli necessari per la temperatura e l'umidità relativa e invia i dati digitali accurati al trasmettitore analogico Indigo201. Il trasmettitore converte quindi nuovamente questo segnale in forma analogica per essere trasmesso tramite cablaggio analogico al PLC, dove viene nuovamente convertito in dati digitali per l'elaborazione e la memorizzazione.

Come ci si potrebbe aspettare, la conversione dei dati digitali in forma analogica nel trasmettitore di dati e poi di nuovo in digitale nel PLC o altro sistema di controllo introdurrà ulteriori fonti di errore. Garantire misurazioni accurate è importante sia dal punto di vista qualitativo che normativo, ed un modo per ridurre al minimo gli errori è utilizzare la comunicazione digitale. È a questo punto che ci si avvale del protocollo Modbus.

I vantaggi di Modbus 
Le stesse sonde utilizzabili con il trasmettitore Indigo201 sono compatibili anche con il protocollo di comunicazione digitale Modbus RTU. Poiché Modbus utilizza la comunicazione digitale, oltre all'umidità relativa e alla temperatura, la sonda può essere utilizzata anche per misurare molti altri parametri, tra cui temperatura del punto di rugiada/punto di gelo, umidità assoluta, rapporto di mescolamento, temperatura del bulbo umido ed entalpia, nonché ulteriori informazioni quali lo stato del dispositivo, il numero di serie e l'hash di sicurezza. Consentire al master Modbus di controllare lo stato dell'hash di sicurezza permette di assicurarsi che il sensore non sia stato manomesso e che la configurazione della sonda non sia stata alterata. È anche possibile collegare più sonde alla stessa rete; con un sistema analogico, ciò richiederebbe una notevole quantità di cavi aggiuntivi e moduli (I/O) da installare nel sistema PLC. Il protocollo Modbus diminuisce anche il rischio di errori dei dati riducendo al minimo le conversioni tra analogico e digitale, rivelandosi un'ottima opzione per la trasmissione di dati digitali.

Il trasmettitore non è solo un convertitore di protocollo da analogico a digitale 
Sebbene le sonde compatibili con Indigo possano essere utilizzate come strumenti di misura autonomi, la migliore usabilità si ottiene spesso insieme ad un trasmettitore che offre un'interfaccia utente locale, un display, diverse opzioni di alimentazione e alcune di esse con i vantaggi della comunicazione digitale. Il trasmettitore Indigo202 fornisce lo stesso Modbus RTU della sonda e la serie di trasmettitori Indigo500 comunicano con il protocollo Modbus TCP/IP. 

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